MÔN: VI XỬ LÝ VÀ CẤU TRÚC MÁY TÍNH potx

Với những ưu điểm mà công nghệ Vi xử lý mang lại, chúng ta cần phải khai thác và phát triển nó rộng rãi hơn, để hiểu và sử dụng công nghệ này vào thực tiễn, nhóm em xin trình bày một vài

ĐIỆN K12

LỜI NÓI ĐẦU

Công nghệ Vi xử lý là một trong những thành tựu khoa học đánh dấu bước ngoặttrong lịch sử về sự phát triển của ngành khoa học – công nghệ Nó đã đóng góp hàng loạt các ứng dụng và sản phẩm vào đời sống thực tiễn của con người, trên hầu hết tất cả các lĩnh vực Đặc biệt trong nền công nghiệp hóa và hiện đại hóa của nước ta

Với những ưu điểm mà công nghệ Vi xử lý mang lại, chúng ta cần phải khai thác

và phát triển nó rộng rãi hơn, để hiểu và sử dụng công nghệ này vào thực tiễn, nhóm

em xin trình bày một vài ví dụ về lập trình cho xi xử lý và cách kết nối cơ bản của nó với các thiết bị ngoại vi

Một trong những thế hệ chíp thành công nhất của hãng phát triển Intel là bộ vi xử

lý 16 bít được mang tên 8086 Nó đã mở đầu cho một thế hệ vi xử lý x86 8086 có thể quản lý đươc 1MB bộ nhớ, với tốc đô xử lý lên tới 2,5 triệu lệnh trên một giây

Sau đây chúng em xin trình bày chi tiết các bước để mọi người có thể hiểu và lợi dụng những tính năng mà Vi xử lý 8086 mang lại trong quá trình trình bày, có gì sai sótmong các thầy cô bỏ qua và góp ý để chúng em được hoàn thiện hơn trong những bài báo cáo lần sau

.Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Nhận xét và đóng góp ý kiến của giáo viên:

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

PHỤ LỤC:

BỘ CÔNG THƯƠNG 1

LỜI NÓI ĐẦU 2

PHỤ LỤC: 4

I.NỘI DUNG THỰC HIỆN 5

II.MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU 5

1.Mục đích 5

2.Yêu cầu 5

III.CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6

1.Cấu trúc máy tính 6

a.Khái niệm 6

b.Các bộ phậncủa cấu trúc máy tính : 6

c.phần cứng và phần mền 7

2.Cấu tạo và chức năng của 806 7

a.Sơ đồ khối của 8086 7

b.Sơ đồ chân của 8086 11

c.Các hàm ngắt và tập lệnh của 8086 13

IV.CÁC THIẾT BỊ NGOẠI VI 16

1 Cấu tạo và chức năng của IC 8255A 16

2.Cấu tạo bộ giải mã 20

3 Cấu tạo và chức năng cửa IC 74LS138 21

V.MỘT SỐ VÍ DỤ 24

1.Bài tập 1 24

Code chương trình hiển thị ra hexa và nhị phân 24

2.Bài tập 2 27

3.Bài tập 3 29

a.Phân tích đề bài và cách chọn cách ghép nối 29

b.mạch ghép nối 30

d Code chương trình 31

VI.KẾT LUẬN 32

I NỘI DUNG THỰC HIỆN

1 Viết chương trình thực hiện phép toán cộng dưới đây và hiển thị kết quả dưới dạng

số nhị phân và dạng hexa

BX= 0 + 1 + 2 + + 255

2 Xây dựng bộ nhớ RAM dung lượng 8KB từ các vi mạch nhớ RAM (1Kx4)

3 Thiết kế mạch ghép nối giữa bộ vi xử lý 8086 và 8255 với các địa chỉ của cổng PA,

PB, PC, thanh ghi điều khiển lần lượt là 19h, 1Bh, 1Dh, 1Eh Ghép nối LEDMATRIX(8x8) với cổng PA và PB, Viết chương trình điều khiển LED sáng chữ Achạy từ phải sang trái

II MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU

1 Mục đích

- Giới thiệu rõ hơn về cách ghép nối giữa vi xử lý 8086 với các thiết bị ngoại vi và

bộ nhớ ngoài

- Hiểu được cách chọn địa chỉ và ghép nối bộ nhớ từ các vi mạch nhớ khác nhau

- Hiểu được cách giải mã địa chỉ và chọn bit để kết nối với 8255

- Hiểu thêm về cách quét LED 7 thanh

- Hiểu thêm và hoạt đổng của các IC giải mã

2 Yêu cầu

- Câu 1: lâp trình bằng ngôn ngữ ASM – hợp ngữ, ngắn gọn, dễ hiểu hiển thị các thông báo khi chạy chương trình.

- Câu 2: đây là phần thiết kế bộ nhớ, vẽ bằng phần mềm Proteus

- Câu 3: phần lập trình viết bằng hợp ngữ, mạch được mô phỏng bằng phần mêm Protues, mạch trình bày gòn gàng, hoạt động đúng yêu cầu đề bài.

III CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1 Cấu trúc máy tính

a Khái niệm

Vi xử lý là một thành phần không thể thiếu của máy tính, ngoài ra để tạo ra một hệ hoàn chỉnh phải cần có các bộ phận khác như bôn nhớ, thiết bị vào/ra như bàn phím, màn hình

b Các bộ phậncủa cấu trúc máy tính :

• Bộ vi xử lý (CPU- Central Processin Unit)

Đóng vai trò như một bộ não của máy tính Đây là một vi mạch số với mức độ tích hợp cực lớn, bên trong nó bao gồm nhiều khối chức năng khác nhau như đơn vị số nguyên để thao tác tính toán với các số nguyên,

Các thông số quan trọng của một bộ vi xử lý :

+ Tần số làm việc

+ Độ rộng bus dữ liệu m

+ Độ rộng bus địa chỉ n

• Bộ nhớ

Bộ nhớ được chia thành RAM và ROM:

+ RAM (Random Access Memory): là bộ nhớ có thể ghi/đọc, có nghĩa là ta có thể đọc thông tin từ bộ nhớ, xóa thông tin cũ trong bộ nhớ hoặc ghi thông tin mới vào bộ nhớ; nội dung thông tin trong RAM sẽ bị mất đi khi bị mất nguồn

+ ROM (Read Only Memory) :dùng để chứa các chương trình điều khiển hệ thống như chương trình để kiểm tra các thiết bị mỗi khi bật nguồn, chương trình khởi động máy… Nội dung bên trong ROM không bị mất đi khi bị mất nguồn

Phần cứng (hardware) là thuật ngữ dùng để chỉ toàn bộ những thiết bị cơ khí, điện

tử tạo nên máy tính như các ổ đĩa, màn hình,…

• Phần mền

Phần mền (software) là thuật ngữ dùng để chỉcác chương trình máy tính, nó đượcthực thi trên phần cứng bằng cách điều khiển sự hoạt động của phần cứng

Các phần mền được chia thành các loại sau:

Hệ điều hành như DOS, Windows,…

Trình tiện ích như NC, NU, BKAV,…

Chương trình ứng dụng như MS Word, Protel,……

Ngôn ngữ lập trình pascal, C, C++, Java,…

2 Cấu tạo và chức năng của 806

a. Sơ đồ khối của 8086

- Bên trong bộ vi xử lý 8086 bao gồm 2 khối chính:

+ Khối thực hiện lệnh (EU- Execution Unit) là nơi giả mã và thi hành các lệnh+ giao tiếp bus (BIU- Bus Interface Unit) có nhiệm vụ đẩm bảo việc trao đổi thông tin giữa 8086 với các linh kiện bên ngoài

- Sau đây chúng ta sẽ tìm hiều cấu tạo bên trong của từng khối

• Khối thực hiện lệnh (EU)

Khối thực hiện lệnh (EU- Execution Unit) là nơi giả mã và thi hành các lệnh

EU bao gồm:

- Bộ xử lý số học và logic(ALU - Arithmatic Logiccal Unit) là nơi thưc hiện các lệnh

số học và lệnh logic

- Các thanh ghi đa năng: Có chứa 4 thanh ghi đa năng 16 bit, mỗi thanh ghi có thể

chứa bất kì các loại dữ liệu, tuy nhiên một số công việc, các thanh ghi này lại có chức năng đặc biệt của riêng nó mà các thanh ghi khác không thực hiện được

+ Thanh ghi AX: đây là thanh ghi chứa, kết quả của các thao tác thường được chứa

ở đây Nếu kết quả là 8 bit thì thanh ghi AL sẽ được sử dụng

+ Thanh ghi BX: đây là thanh ghi cơ sở, thương được chứa địa chỉ cơ sở của một

bảng khi sử dụng lệnh XLAT

+ Thanh ghi CX: đây là thanh ghi đếm, nó thường được chứa số lần lặp lại trong

trường hợp dùng lênh LÔP, còn CL thì thường được chứa số lần quay hay dịch bít của các thanh ghi

+ Thanh ghi DX: đây là thanh ghi dữ liệu, nó thường được sử dụng cùng với

thanh ghi AX để thực hiện các phép nhân hay chia của các số 16 bit DX còn được sử dụng để chứa địa chỉ các cổng trong các lệnh vào/ra dữ liệu trực tiếp

- Thanh ghi cờ F là một đoạn ghi đặc biệt gọi là đoạn ghi cờ hay đoạn ghi trạng thái

Mỗi bit của đoạn ghi này được dùng để phản ánh một trạng thái nhất định của kết

quả phép toán do ALU thực hiện hoặc một trạng thái hoạt động của CPU Đoạn ghi

cờ có 16 bit nhưng chỉ dùng hết 9 bit làm bit cờ

Các bit cờ chia thành hai loại:

* Các cờ trạng thái: có 6 cờ trạng thái là C, P, A, Z, S và O Các cờ trạng thái

này được thiết lập bằng 1 hoặc xóa bằng 0 sau hầu hết các lệnh toán học và logic.+ C (Carry): cờ nhớ;

* Các cờ điều khiển: có 3 cờ T, I, D Các cờ này được thiết lập bằng 1 hoặc xóa

bằng 0 thông qua các lệnh để điều khiển chế độ làm việc của bộ vi xử lý

+ T (Trap): cờ bẫy,

+ I (Interrupt): cờ ngắt;

+ D (Direction): cờ hướng

- Có 3 đoạn ghi con trỏ (IP, BP, SP) và 2 đoạn ghi chỉ số (SI, DI) Các đoạn ghi này

ngầm định được sử dụng làm các đoạn ghi lệch cho các đoạn tương ứng:

+ IP (Instruction Pointer), BP (Base Pointer ), SP (Stack Ponter), SI (SourceIndex): DI (Destinaton Index)

Bảng tóm tắt sự kết hợp ngầm định giữa đoạn ghi đoạn và đoạn ghi lệch:

Đoạn ghi đoạn Đoạn ghi lệch Địa chỉ

CS IP Địa chỉ lệnh sắp thực hiện

DS BX, DI, SI Địa chỉ trong đoạn dữ liệu

SS SP hoặc BP Địa chỉ trong đoạn ngăn xếp

ES DI Địa chỉ chuỗi đích

- Khối điều khiển (CU- Control unit) Có nhiệm vụ tạo ra các tín hiệu điều khiển các

bộ phận bên trong và bên ngoài CPU

• Khối giao tiếp bus (BIU)

Khối giao tiếp bus (BIU- Bus Interface Unit) có nhiệm vụ đẩm bảo việc trao đổi thông tin giữa 8086 với các linh kiện bên ngoài BIU gồm :

- Một bộ cộng để tạo địa chỉ vật lý 20 bit từ các thanh ghi 16 bit.

- Bốn thanh ghi đoạn 16 bit gồm CS, DS, SS và ES để giúp 8086 truy cập tới các

đoạn trên bộ nhớ

+ Thanh ghi đoạn mã CS (Code Segment),.

+ Thanh ghi đoạn dữ liệu DS (Data Segment).

+ Thanh ghi đoạn dữ liệu phụ ES (Extra Segment).

+ Thanh ghi đoạn ngăn xếp SS (Stack Segment) .

- Mạch logic điều khiển có nhiệm vụ đảm bảo giao tiếp giữa 8086 với thiết bị bên

ngoài

- Hàng đợi lệnh có độ dài 6 byte là nơi chứa các mã lệnh đọc được nằm sẵn để chờ

EU xử lý

b. Sơ đồ chân của 8086

Vi xử lý 8086 được thiết kế để hoạt động một trong hai chế độ, tùy thuộc vào mức điện

áp đặt ở chân số 33 (chân MN/MX):

- Chế độ tối thiểu (chế độ MIN) đươc thiết lập nếu điện áp ở chân số 33 ở mức 5V là

chế độ tong hệ thống chỉ có 8086 và các vi mạch nhớ , các vi mạch ghép nối vào ra

- Chế độ tối đa (chế độ MAX) được thiết lập nếu điện áp ở chân số 33 ở mức 0V, là

chế độ áp dụng cho hệ thống đa xử lý, đồng xử lý (8086 và bộ đồng xử lý toán học

8087)

• Các chân mang thông tin địa chỉ.

-Vi xử lý 8086 có 20 đường địa chỉ từ A0 đến A19 tong đó 16 đường dây địa chỉ thấp từ A0 đến A15 được ghép kênh dữ liệu từ D0 đến D15 trên các chân từ AD0 đến AD15 ; còn 4 đườngdây địa chỉ cao nhất từ A16 đến A19 được ghép kênh với tín hiệu trạng thái từ S3 đến S6 trên các chân A16/S3 đến A19/S6

• Các chân mang thông tin dữ liệu

- Vi xử ly 8086 có 16 đường dây dữ liệu từDo đến D15 được ghép kênh với 16 đườngđịa chỉ thấp từ D0 đến D15 Khi hoạt động ở chu kỳ bus dữ liệu thì các đường dây này mang thong tin về dữ liệu, là dữ liệu đọc ra hay vào bộ nhớ.

• Các chân tín hiệu trang thái.

- Bốn đường dây địa chỉ cao nhất từ A16 đến A19 của 8086 cũng được ghép kênh , nhưng trong trường hợp này nó được ghép kênh với các tín hiệu trạng thái từ S3 đén

S6 Các bít trang thái này được đưa ra cùng thời điểm với các dữ liệu được truyền trên các chân AD0 đén AD15.

- READY: Tín hiệu báo cho CPU biết tình trạng sẵn sàng của thiết bị ngoại vi hay bộnhớ Khi READY = 1 thì CPU thực hiện đọc/ghi dữ liệu mà không phải chèn thêm các chu kỳ đợi Khi các thiết bị ngoại vi hay bộ nhớ cótốc độ chậm, chúng có thể đưa tin hiệu READY = 0 để báo cho CPU biết mà chờ chúng Lúc này CPU tự kéo dài thời gian thực hiện đọc/ghi bằng cách chèn thêm các chu kỳ đợi

• Các chân tín hiệu điều khiển.

- ALE: [I] Address Latch Enable Xung cho phép chốt địa chỉ Khi ALE = 1 có nghĩa

là trên các chân ghép kênh AD có địa chỉ của thiết bị vào/ra hoặc ônhớ Khi CPU chấp nhận treo chân này không ở trạng thái trở kháng cao mà ALE = 0

- : [O] Data bus Enable Kích hoạt các bộ đệm bus dữ liệu

- : Chọn bộ nhớ (= 0) hoặc thiếtbị vào/ra (= 1) làm việc với CPU Khi đó trên bus địa chỉ sẽ có địa chỉtương ứng của các thiết bị đó Chân này ở trạng thái trở kháng cao khi CPU chấp nhận treo

- :[O] Data Transmit/Receive Tín hiệu này cho biết bus dữ liệu đang vận chuyển dữ liệu vào CPU hay ra khỏi CPU Tín hiệu này cũng dùng để điều khiển các bộ đệm 2 chiều của bus dữ liệu

- : Dùng để báo răng đang truy cập năng cao hay băng thấp của bộ nhớ

- :[O] Read signal Xung cho phép đọc Khi RD = 0 thì bus dữ liệu nhận dữ liệu

từ bộ nhớ hoặc thiết bị ngoại vi Chân này ở trạng thái trở kháng caokhi CPU chấp nhận treo

-• Các chân tín hiệu ngắt:

- INTR: [I] Interrupt request Tín hiệu yêu cầu ngắt che được Khi có yêu cầu ngắt

(INTR = 1) mà cờ cho phép ngắt IF = 1 thì CPU kết thúc lệnh đang làm dở, sau đó

đi vào chu kỳ chấp nhận ngắt và đưa ra bên ngoài tín hiệu INTA = 0

- :[I] Tín hiệu tại chân này được kiểm tra bởi lệnh WAIT Khi CPU thực hiện

lệnh WAIT mà lúc đó tín hiệu TEST = 1 thì nó sẽ chờ cho đến khi tín hiệu TEST =

- NMI: [I] None-Maskable Interrupt Tín hiệu yêu cầu ngắt không che được Tín hiệu

này không bị khống chế bởi cờ IF và nó sẽ được CPU nhận biết bằng tác động của sườn lên của xung yêu cầu ngắt Nhận được yêu cầu ngắt này (NMI = 1) CPU kết thúc lệnh đạng làm dở,sau đó chuyển sang thực hiện chương trình phục vụ ngắt kiểuINT2

- RESET: Dùng để thiết lập lại phần cứng cho CPU Chuyển RESET xuống mức

logic 0 dùng để khởi tạo các thanh ghi nội của vi xử lý và khởi tạo chương trình conphục vụ thiết lập hệ thống

• Các chân mang tín hiệu phục vụ DMA :

Ở chế độ MIN của 8086 gồm hai tín hiệu HOLD và HLDA Khi một thiết bị ngoài muốn giành quyền điều khiển bus hệ thống thực hiện truy cập bộ nhớ trực tiếp , nó báo yêu cầu này cho CPU bằng cách chuyển HOLD lên mức logic 1.Sau đó CPU chuyển sang trạng thái cô lập sau khi chu kỳ bus hiện tại thực hiện xong Khi ở trạng thái cô lập, các đường dây tín hiệu AD0- AD15, A16/S3- A19/S6, BHE/S7, , , ,

+ Lệnh XLAT: XLAT nhan_nguồn

+ Lệnh ADD, SUB: ADD dich,nguon - cong nguon vao dich

+ Lệnh ADC: cờ nhớ được cộng vào toán hạng đích và nguồn

ADC dich,nguon

+ Lệnh DIV: thực hiện phép chia không dấu, toán hạng nguồn có thể là một ô nhớ

hay đoạn ghi Nếu toán hạng nguồn là 8 bit thì thương số nằm trong AL, số dư nằm trong AH; nếu toán hạng nguồn là 16 bit, thì thương số nằm trong AX còn số dư nằmtrong DX

+ Lệnh MOV: chuyển dữ liệu từ toán hạng nguồn vào toán hạng đích

MOV dich, nguon

+ Lệnh OUT: xuất dữ liệu từ đoạn chứa ra cổng

OUT cong,đoạn_chua

+ Lệnh IN: đọc dữ liệu từ cổng vào đoạn ghi.

IN đoạnghi, cong

+ Lệnh NEG (NEGate): toán hạng đích bị trừ đi từ số toàn chữ số 1 (0FFH với kiểu

byte và 0FFFFH với kiểu từ)

NEG dich;

+ Lệnh SBB (SuBtract with Borrow): Trừ có nhớ Trừ toán hạng đích cho toán hạng

nguồn và nếu CF=1 thì trừ kết quả nhận được cho 1

SBB dich, nguon;

+ Lệnh MUL(Multiply): thực hiện phép nhân không dấu Nhân nội dung của đoạn

AL với toán hạng nguồn Nếu nguồn kiểu byte thì tích chứa trong AX, nếu nguồn là kiểu từ thi tích chứa trong DX:AX

MUL nguon;

+ Lệnh JNZ: nếu KQ của lệnh trước đó khác 0 thi thực hiện lệnh nhảy đến

nhãn_đích, ngược lại thì thực hiện lệnh kế tiếp sau đó

JNZ nhan_dich;

+ Lệnh JA, JG: nhảy nếu lớn hơn

+ Lệnh JB, JL : nhảy nếu nhỏ hơn.

+ Lệnh JNA, JNG: nhảy nếu không lớn hơn.

+ Lệnh JE: nhảy nếu bằng.

+ Lệnh JC : nhảy nếu cờ CF=1.

+ Lệnh nhảy không điều kiện (JuMP) : nhảy đến nhãn_nguồn khi gặp lệnh này.

JMP nhan_nguon ;

+ Lệnh CMP (CoMPare) : so sánh 2 toán hạng bằng cách trừ 2 toán hạng cho nhau

mà không lưu lại két quả

CMP dich, nguon ;

+ Lệnh lặp : lặp lại nhãn_nguồn khi gặp lệnh này.

LOOP nhan_nguon ;

+ Các lệnh AND, OR, XOR và TEST

AND dich,nguon ;AND đích với nguồn, kết quả lưu ở đích

OR dich,nguon ;OR đích với nguồn, kết quả lưu ở đích

XOR dich,nguon ;XOR đích với nguồn, kết quả lưu ở đích

TEST dich,nguon ;AND đích với nguồn, kết quả không lưu lại

+ Lệnh dịch: SHL/SAL dich,1 ;dich sang trai 1 bit

SHL/SAL dich,CL ; dich sang trai nhieu bit

SHR dich,1 ; dich sang phai 1 bit

SHR dich,CLL ; dich sang phai nhieu bit

+ Lệnh quay: ROL/ROR dich,1 ; quay đích sang trái/phải 1 bit

ROL/ROR dich,CL ; quay đích sang trái/phải n bit, với CL=nRCL/RCR dich,1 ; quay đích sang trái/phải 1 bit

RCL/RCR dich,CL ; quay đích sang trái/phải n bit, với CL=n

+ Lệnh HLT (HaLT): đưa bộ vi xử lý vào trạng thai dừng để chờ ngắt ngoài Dạng

lệnh: HLT

+ Lệnh LOCK: khóa bus trong môi trường có nhiều bộ vi xử lý.

+ Lệnh NOP: không thực hiện một thao tác nào.

+ Lệnh STI: IF được thiết lập 1.

+ Lệnh WAIT: Bộ vi xử lý ở trạng thái chờ cho đến khi ngắt ngoài

+ Lệnh PUSH: cất dữ liệu vào ngăn xếp, giảm SP đi 2.

+ Lệnh POPF: chuyển nội dung của 2 byte từ đinh ngăn xếp vào đoạn ghi cờ, sau đó

tăng con trỏ ngăn xếp lên 2

-Hàm 1: là hàm chờ đọc vào 1 ký tự từ thiết bị vào ra chuẩn(bàn phím) Kết quả được

lưu vào trong AL

cú pháp : MOV AH,1 INT 21H

-Hàm 2 : là hàm hiển thị nội dung thanh ghi DL lên màn hình hoặc thi hành các chức

năng điều khiển

Cú pháp : MOV AH,2

• Cấu trúc chương trình lập trình cho 8086

model small ;khai bao kieu bo nho la small

.stack 100h ;khai bao kich thuoc ngan xep la 100h.data ;khai bao doan du lieu

;khai báo các biến, các hằng ở đây

.code ;khai bao doan ma

IV CÁC THIẾT BỊ NGOẠI VI

1 Cấu tạo và chức năng của IC 8255A

Sơ đồ chân và chức năng của mỗi chân